Conservación de la Energía Mecánica, Trabajo, Transferencia de Energía y recapitulación de éstos mismos.

Conservación de la energía mecánica.

Para sistemas abiertos formados por partículas que interactúan mediante fuerzas puramente mecánicas o campos conservativos la energía se mantiene constante con el tiempo:

Emec = Ec + Ep + Ee= cte.

Donde:

Ec, es la energía cinética del sistema.

Ep, es la energía potencial gravitacional del sistema.

Ee, es la energía potencial elástica del sistema.

Es importante notar que la energía mecánica así definida permanece constante si únicamente actúan fuerzas conservativas sobre las partículas. Sin embargo,existen ejemplos de sistemas de partículas donde la energía mecánica no se conserva:

• Sistemas de partículas cargadas en movimiento. En ese caso los campos magnéticos no derivan de un potencial y la energía mecánica no se conserva, ya que parte de la energía mecánica "se transforma" en energía del campo electromagnético y viceversa.

• Sistemas termodinámicos que experimentan cambios de estado. En estos sistemas la energía mecánica puede transformarse en energía térmica o energía interna. Cuando hay producción de energía térmica, en general, existirá disipación y el sistema habrá experimentado un cambio reversible (aunque no en todos los casos). Por lo que en general estos sistemas aún pudiendo experimentar cambios reversibles sin disipación tampoco conservarán la energía mecánica debido a que la única variable conservada es la energía interna.

• Mecánica de medios continuos disipativos que involucran fluidos disipativos o sólidos anelásticos (plasticidad, viscoelasticidad, etc), que involucran la aparición de deformaciones irreversibles y por tanto disipación, aparición de calor o cambios internos irreversibles, donde la variación de entropía no es nula.

Semana7 martes SESIÓN 19	ENERGIA MECANICA Y TRABAJO
contenido temático	Conservación de la Energía mecánica.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales ·         Aplica el principio de conservación de la energía en diferentes movimientos. Procedimentales ·         Calcularan la  energía mecánica total de  un sistema. Actitudinales ·          Reafirmaran su: Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De Laboratorio: -          Matraz Erlenmeyer 250 ml, vaso de precipitados 250 ml, un metro de manguera de hule, cronometro, balanza. Didáctico: -          Presentación, escrita, en acetatos o Power Point.
Desarrollo del Proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase presenta la pregunta siguiente: Preguntas ¿Cuál es la definición de energía mecánica? ¿Cuál es el modelo matemático de la energía mecánica? ¿Cómo se define la conservación de la energía mecánica? ¿Cuáles son las unidades de la energía mecánica? ¿Cómo es el esquema de la Energía cinética? ¿Cómo es el esquema de la Energía potencial? Equipo 3 1 5 6 2 4 Respuesta Es la energía que se debe a la posición y el movimiento de un cuerpo. Es la suma de energía potencial y cinética. J Em=Ec+Ep La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma  Lo que quiere decir que en ningún caso se puede generar o crear energía, solo se puede cambiar de una forma a otra. m=masa kg g= fuerza de gravedad 9.8 m/s2 h=altura metros v=velocidad d/t metros y segundos Esquema de energía cinética                                esquema de la energía potencial alternada     ¿Cuál es el resultado de la energía mecánica de una cantidad medida de agua que pasa de  la altura de la mesa, al llegar al piso? Discusión previa sobre las preguntas iniciales, Discusión por equipo sobre lo obtenido. Exposición al grupo y discusión en el grupo sobre lo obtenido en diversos equipos FASE DE DESARROLLO Equipo Altura mesa   m Masa de agua Kg Ep= m.g.h Tiempo Seg. Ec=m.v2/2 Energía Mecánica 1 .85 m .280 kg 1.81 J 11.8 s 0.0005341 J 1.8105341J 2 .90m 0.15115kg 1.333143 J 4.48 s 0.00244863 J 1.3355963 J 3 .88m .188kg 1.01j 8.08s 2.98j 3.49j 4 .88m .261 2.250864 J 6.80 0.002185536 J 2.25304954 J 5 .88 m .260 ml 2.24 5.30 s 0.68 2.92 6 .88 m .250 kg 2.1582 J 8.46 s .0027 J 2.1609 J   Cada equipo realizara las mediciones correspondientes,   anotan observaciones, tabularan y graficaran los datos. Discusión por equipo sobre lo obtenido, Exposición al grupo y discusión en el grupo sobre los resultados obtenidos  de cada equipo. FASE DE CIERRE Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal relativa a la energía mecánica.  Ep+Ec.                       Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE. Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	Informe  de la actividad enviada a su Blog personal o la plataforma MOODLE     Contenido:     Resumen de la indagación bibliográfica.     Actividad de Laboratorio.

Trabajo. 

Físicamente, el trabajo representa una medida de la energía mecánica transferida de un cuerpo o sistema a otro por la acción de una fuerza.

El cambio del estado mecánico de un cuerpo supone, en principio, la aportación de una cierta cantidad de energía procedente del exterior.

Pues bien, el trabajo puede considerarse como esa cuota de energía mecánica cedida al cuerpo o tomada de él para modificar su estado. Considerando el proceso como un balance de energía, puede escribirse la siguiente relación:

 W = ΔE = Ef - Ei

Donde Ei representa la energía mecánica inicial del sistema y Ef la energía mecánica final tras la realización del trabajo. 

Esta relación entre trabajo y energía indica que ambas magnitudes se expresarán en la misma unidad de medida, que es el julio en el SI.

Si un cuerpo o sistema realiza un trabajo, cederá una cantidad ΔE de energía mecánica y desde su punto de vista el trabajo será negativo, puesto que pierde energía en el proceso: 

Ef < Ei    W =  ΔE < 0

Si el trabajo es realizado por un agente exterior sobre el cuerpo, éste recibirá una cantidad de energía mecánica ΔE y para él el trabajo será positivo, pues lleva asociado un aumento en su energía mecánica:

Ef > Ei    W =  ΔE > 0

Por tanto, si un cuerpo posee energía mecánica puede cederla a otros y realizar un trabajo. Por este motivo, la energía en general y la energía mecánica en particular supone una capacidad real para producir trabajo.

Semana7 jueves SESIÓN 20	ENERGIA MECANICA Y TRABAJO
contenido temático	Trabajo, transferencia de energía

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales ·         Emplea el concepto de trabajo en la cuantificación de la transferencia de energía. Procedimentales -          Relacionaran el  trabajo y la transferencia de energía -          Describirá diferentes sistemas y fenómenos físicos, donde interviene la energía, así como los elementos que lo conforman. Actitudinales -           Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	De laboratorio: -          Contrapesos, dinamómetros: 5 y 10 N.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase les plantea la siguiente pregunta: Pregunta ¿Cómo se define el trabajo? ¿Cuál es el modelo matemático el trabajo? ¿Qué unidades se emplean en el trabajo? ¿Qué es la potencia? ¿Cuál es el modelo matemático de la potencia? ¿Qué unidades se emplean para la potencia? Equipo 3 2 6 1 5 4 Respuesta En física el trabajo es la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza J W= F (d) (cos a) W= trabajo F= fuerza d= distancia cos a= ángulo que forma la fuerza La fuerza (newtons)  y la distancia (metros, kilómetros) El trabajo = N. metros N.  kilómetros Es la cantidad de trabajo que se realiza por unidad de tiempo. Se asocia la velocidad de un cambio de energía. P=W/t W= trabajo en joules (j) T= tiempo en segundos P= potencia en J/s (jouls entre segundos) que son watts (w)  J= jouls S= segundos w= watts los watts es lo que resulta   ¿Cuál es el trabajo realizado por el contrapeso al aplicarle una fuerza de 5 y 10 Newton? Discusión previa sobre las preguntas iniciales, Discusión por equipo sobre lo obtenido. Exposición al grupo y discusión en el grupo sobre lo obtenido en diversos equipos. FASE DE DESARROLLO Conectar un extremo del dinamómetro al contrapeso, jalarlo  a tres diferentes distancias, con cada dinamómetro, calcular el trabajo realizado para cada caso. Equipo D1 m D2 m D3 m Trabajo Realizado T =  F.d 1 0.015 .O3 .06 .21J .84J 3J 2 .04 .06 .02 1.2J 2.4J .2J 3 .01 .09 .001 1.0J 9.0J .02J 4 0.015 0.033 0.045 0.12J 0.495J 1.8J 5 .015 .025 .04 0.3 0.75 1.2 6 .04 .02 .05 1.2J 0.3J 2J   Discusión por equipo sobre lo obtenido, Exposición al grupo y discusión en el grupo sobre lo obtenido en diversos equipos. FASE DE CIERRE Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una misma visión.                         Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE. Actividad extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	Revisión del Informe de la actividad enviada al Blog o Plataforma MOODLE.     Contenido:     Resumen de la indagación bibliográfica.     Actividad de Laboratorio.

Transferencia de energía.

‘‘La energía  no se crea ni se destruye, sólo se transforma’’

La energía se puede transferir entre los cuerpos de diversas formas:

Ondas: Las ondas electromagnéticas son otra de propagación de energía. Viajan a través del espacio y la atmósfera. Y hay diferentes tipos, como el sonido, los rayos X o la luz. 

Cuando se realiza un trabajo se transfiere energía de un cuerpo que cambia de una posición  otra.

Al aplicar una fuerza (F) a un cuerpo durante una distancia (d), se produce un cierto Trabajo (W). Por lo tanto decimos que:

W= F.d

Donde: W= El trabajo se mide en Joules (J)

F= La fuerza se mide en Newtons (N)

d = El desplazamiento se mide en metros (m)

Convección: Cuando se calienta un fluido éste aumenta de volumen y se hace menos denso, desplazando la parte del fluido que está más frío. El fluido frío también se calienta y asciende.

Se crea así una circulación que propaga el calor de las zonas más calientes del fluido a las más frías, que es lo que llamamos corriente de convección. 

Conducción: Cuando se calienta un extremo de un material, sus partículas vibran y chocan con las partículas vecinas, transmitiendo parte de su energía. Así, el calor se va propagando a través de las partículas del material de la parte más caliente  la más fría 

Radiación: La energía se puede transferir en forma de calor. Éste se propaga a través de ondas de radiación infrarroja.

Y ahora la recapitulación de éstos temas: 

Semana7 viernes SESIÓN 21	Recapitulación 7
contenido temático	Recapitulación de los temas vistos en las dos sesiones anteriores: Energía cinética, energía potencial, energía mecánica, trabajo, transferencia de energía

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales ·         Energía cinética, energía potencial, energía mecánica, trabajo, transferencia de energía. Procedimentales ·         Elaboración de resúmenes ·         Discusión en equipo ·         Presentación en equipo Actitudinales ·          Reafirmaran su: Confianza, cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia.
Materiales generales	Pizarrón, gis, borrador De proyección: -          Proyector de acetatos -          PC, y proyector tipo cañón, programas: Hoja de cálculo, documento electrónico. Didáctico: -          Presentación, escrita, en acetatos o Presentador.
Desarrollo de la sesión	FASE DE APERTURA El Profesor de acuerdo a su Planeación de clase - Cada equipo realizara una autoevaluación de los temas aprendidos en las dos sesiones anteriores. 1.-  ¿Qué temas se abordaron? 2.-  ¿Que aprendí? 3.-  ¿Qué dudas tengo? Equipo 1 2 3 4 5 6 Respuesta 1. Conservación de la energía mecánica Trabajo y trasferencia de energía 2. Que la energía mecánica equivale a la suma de la energía cinética y potencial, que la energía esta presente en todos los cuerpos u que entre más trabajo se aplique en un cuerpo mas será su energía y también que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma 3. Ninguna 1) Conservación de la energía mecánica, trabajo y transferencia de la energía. 2) Que la energía mecánica es el resultado de la suma de la energía potencial y la energía cinética. Y que el trabajo es una medida escalar 3)No comprendimos a profundidad la transferencia de energía 1.- Conservación de la energía mecánica, trabajo y transferencia de la energía. 2.- aprendimos que es la energía mecánica, como se conserva y como podemos medirla. vimos que es el trabajo y como se transfiere la energía 3.-ninguna 1) Conservación de la energía mecánica ,Trabajo y transferencia de la energía. 2) Aprendimos que la suma de la energía cinética mas la energía potencial no cambía;es decir, la energía mecánica definida como: E=K+U Y en  el trabajo y transferencia de energía potencial, cinética y mecánica. En un cuerpo que cae en caída libre aumenta su energía cinética acosta de la disminución de su energía potencial gravitacional. 3) No Tenemos dudas 1. Conservación de la energía mecánica. Trabajo y transferencia de energía. 2. Aprendimos que la energía no se puede generar o crear, solo se puede cambiar de una forma a otra en como se mide el trabajo y como se transfiere la energía de un cuerpo a otro J 3. Ninguna duda 1.Conservación de la energía Trabajo y transferencia de energía 2.Prendimos que la conservación de la energía consiste en que únicamente se transforma de potencial a cinética pero siempre hay la misma cantidad, también aprendimos que el trabajo de la energía es el resultado de multiplicar la fuerza que implica por la distancia que recorre 3.Ninguna duda - Solicita a los alumnos elaboren un resumen escrito en su cuaderno de lo visto en las dos sesiones anteriores, Energía mecánica, potencial y cinética, trabajo y transferencia de energía. FASE DE DESARROLLO - Les solicita que un alumno de cada equipo  el resumen elaborado. - El Profesor pregunta acerca de las dudas que tengan acerca de los temas vistos en las dos sesiones anteriores. FASE DE CIERRE Al final de las presentaciones se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió. Para generar una conclusión grupal.                         Revisa el trabajo a cada alumno y lo registra en la lista de MOODLE. Actividad Extra clase: Los alumnos: Ø  Elaboraran su informe,  para registrar sus resultados en su Blog. Ø  Indagaran los temas siguientes de acuerdo al cronograma, y los depositaran en su Blog personal en la cual contendrá su información, Ø  Los integrantes de cada equipo, se comunicaran la información indagada y la procesaran en Googledocs,   Analizaran y sintetizaran los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente sesión.
evaluación	Informe de la actividad enviada al Blog personal o  Plataforma MOODLE     Contenido:     Resumen de la indagación bibliográfica.     Actividad de Laboratorio.

 

Semana 7

23, 25 y 26.09.2014

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nica#Conservaci.C3.B3n_de_la_energ.C3.ADa_mec.C3.A1nica

http://www.natureduca.com/fis_enemec_trabatrans01.php